Predmet činnostiPonúkame...Kontakt

 

Earth Trends Modeler

 

Earth Trends Modeler (ETM) je navrhnutý špeciálne pre obrazové analýzy časových sérií zo systémov pre sledovanie Zeme ako sú napríklad  NASA Terra a Aqua satelity alebo NASA/JAXA TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) satelit. Obsahuje sadu nástrojov pre získavanie údajov, ktoré sa používajú na extrakciu trendov a na zdôraznenie determinantov variability, tiež má špeciálny význam pre odborníkov zaoberajúcich sa klimatickými zmenami a dynamikou ekosystémov.

Earth Trends Modeler je jednou z hlavných súčastí IDRISI systému a bol vytvorený ako špeciálne rozšírenie a svojím spôsobom je paralelný s Land Change Modeler-om (LCM). Vytvorený bol vďaka grantu Nadácie Gordona a Betty Moore Foundation. ETM predstavuje jeden z výnimočných nástrojov pre vedu, určený na monitorovanie zmien našej planéty.

Earth Trends Modeler umožňuje:


* Prezerať animácie sérií vo formáte časovo-priestorovej kocky, pomocou ktorej je možné prezeranie sérií v priestore, v čase a v priestore a čase súčasne.

 

* Analyzovať variabilitu v rôznych časových mierkach. Napr., na ilustrácii v obrázku 1, sú analyzované teploty morského povrchu Labradorského mora, merané mesačne počas 25 rokov.  Farby na vlnovom diagrame indikujú ochladzovanie alebo otepľovanie. Os X predstavuje čas, zatiaľ čo os Y predstavuje rozsah (v mesiacoch). Na časovej škále väčšej ako 6 rokov, môžeme sledovať len otepľovanie v tomto regióne. Najväčšie ochladzovanie je vidieť v roku 1989 s dopadom, ktorý trval niečo viac ako 6 rokov. Podobne tomu bolo v období rokov 1998 – 2000, kde je možné pozorovať obdobie ochladzovania, ktoré trvalo 3 roky. Táto procedúra využíva analýzu Inverse-Haar Wavelet.

Obrázok 1: Analýza trendov teplôt povrchov morí  v rokoch 1982 až 2006. Silný monotónny trend narastajúcej teploty v Atlantickom oceáne sa zdá byť závislý na Atlantickej multidekadickej oscilácii (AMO). To je zrejmé najmä z časovej regresie 4 hlavných indexov telekonekcie klímy. Trojuholníkový diagram vlnovej analýzy ukazuje prirodzenosť a mieru odchýlok teplôt povrchu Labradorského mora. Znázornená zemeguľa ukazuje rozdiely vo výške oceánov, ktoré sú úzko spojené s rozdielmi ich teplôt.

Obrázok 1: Analýza trendov teplôt povrchov morí 1982-2006

 

* Skúmať profily sérií v čase. Profily môžu byť uchované ako indexové série, ktoré možno neskôr využiť ako vstupy do regresných analýz. Napríklad, na obrázku 2 je profil extrahovaný z mesačných odchýlok stavu vegetácie (NDVI) za 22 ročné obdobie rokov 1982 – 2003 a potom uložený ako série. Tieto série sú potom využité ako nezávislé premenné v závislosti s teplotou povrchu mora. Výsledok indikuje, že plocha oceánu, ktorého teplota povrchu morí tesne kovaríruje s odchýlkami vegetácie na juhovýchode Massachusetts je Kanársky prúd na okraji Afriky. Treba pripomenúť, že Kanársky prúd a Golfský prúd sú obidva dôležitými komponentmi Severoatlantického subtropického pásma a vo všeobecnosti vykazujú dvojpólový vzťah v teplotách.

Obrázok 2: Príklad časového profilu (NDVI anomálií v juhovýchodnom Massachusetts) nasledovaného dodatočnou analýzou jeho vzťahu k globálnym teplotám povrchu morí s využitím nástrojov lineárneho modelovania.

Obrázok 2: Príklad časového profilu

 

* Analyzovať dlhotrvajúce trendy so širokou paletou techník pre trendové analýzy, zahŕňajúc merania lineárnosti, monotónnosti a trendových mier (obrázok 3). Obsahuje tiež nástroj pre odhad špeciálnych trendov, ktorý je odolný voči efektom okolia. Známy ako Theil-Sen Median Slope odhadca, je neovplyvniteľný extrémnymi hodnotami pokiaľ nepresiahnu 29% dĺžky sérií. Systém ponúka tiež prepojené merania trendu neparametrickej významnosti.

Obrázok 3: Ilustrácia niekoľkých mier trendov. Horný obrázok meria lineárnosť trendov teplôt povrchov mora. Ako je vidieť, najlineárnejšie trendy zahŕňajú zvýšenia teplôt vo Východnom a Západnom Grónskom prúde a Labradorskom mori (všetky časti subpolárneho pásma), ako aj oblasť ústia Amazonky, obzvlášť rieky Orinoco.

Obrázok 3: Miery trendov

 

* Skúšať trendy v sezónnosti ako zmeny fenológie rastlinných druhov a to prostredníctvom novovyvinutej procedúry Seasonal Trend Analysis. Okrem evidentnej aplikácie v oblasti fenológie vegetácie možno tento nástroj aplikovať na akúkoľvek sadu údajov, ktorá vykazuje sezónnu odozvu na stav životného prostredia. Obrázok 4 predstavuje ilustráciu tohto nástroja. Procedúra kombinuje logickú oknovú Fourierovu analýzu s analýzou neparametrických trendov.

Obrázok 4: Analýza trendov sezónnosti stavu vegetácie v Európe v období rokov 1982-2003 založená na analýze obrazu vegetačných indexov z AVHRR zariadenia na satelitoch NOAA (znázornený na časopriestorovej kocke). Farby reprezentujú rozdielne typy trendov sezónnej krivky fotosyntézy vegetácie. Graf znázorňuje fotosyntetické aktivity vegetácie (os Y) pre každý z 12 mesiacov roka (os X) roku 1982 (zelená línia) a roku 2003 (červená línia) pre oblasť vyznačenú vo Francúzsku. Odtiene červenej farby, ktoré sa vyskytujú na väčšine územia Európy predstavujú zvýšenú fotosyntetickú aktivitu počas zimného a jarného obdobia.

Obrázok 4: Analýza trendov sezónnosti

 

* Využívať PCA analýzu (Principal Components Analysis) - známu aj ako analýza empirickej ortogonálnej funkcie (EOF), ktorá sa používa na rozloženie série na jej základné zložky (Obrázok 5). PCA/EOF je zrejme najbežnejšie používanou procedúrou na analýzu obrazov časových sérií v geografických a klimatologických kruhoch. Idrisi Taiga ponúka obidva typy PCA analýz – štandardizovanú i neštandardizovanú.

Obrázok 5: Výsledok PCA analýzy predstavuje vplyv fenoménu El Nino/La Nina v rokoch 1979-2006.

Obrázok 5: PCA analýza